Schwimmergesteuertes Servoventil

Abstract

 Ein schwimmergesteuertes Servoventil mit einem in einem Ventilgehäuse (1) bewegbaren, den Ventilteller (2.1) tragenden Differentialkolben (2). An einer Seite des Differentialkolbens befindet sich ein mit dem Ventileinlass (VE) verbundener Druckraum (4), der über den Ventilsitz (3) mit dem Ventilauslass (VA) verbunden ist. An der anderen Seite ist ein Steuerraum (5) angeordnet, der über eine mittels eines Verschlussorgans (6.2) verschließbare Entlastungsbohrung (5.1) mit dem Außenraum und über einen Steuerkanal (5.2) mit dem Druckraum (4) verbunden ist. Das Verschlussorgan (6.2) ist an einem den Schwimmer (7) tragenden Schwenkarm (6) angeordnet. Es ist eine Einrichtung zur Unterstützung der Bewegung des Schwenkarms (6) in die Schließstellung des Ventils vorgesehen. Sie besitzt einen am Ventilgehäuse (1) angelenkten zweiarmigen Hebel, dessen erster Hebelarm (9.2) den Schwenkarm (6) unterstützt, während der zweite Hebelarm (9.3) in den Austrittsbereich des Flüssigkeitsstrahls vor dem Ventilauslass (VA) hinein ragt. Durch den Druck des Flüssigkeitsstrahls auf den zweiten Hebelarm (9.3) wird die die Bewegung des Schwenkarms (6) unterstützende Bewegung des ersten Hebelarms (9.2) erzeugt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein schwimmergesteuertes Servoventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige schwimmergesteuerte Servoventile sind bekannt und beispielsweise in DE 198 15 754 A1 beschrieben.

[0002] Bei derartigen schwimmergesteuerten Servoventilen tritt das Problem auf, dass beim Einströmen der Flüssigkeit in den den Schwimmer enthaltenden Auffangbehälter Luft in die im Auffangbehälter befindliche Flüssigkeit eingebracht wird und somit sich im Einströmbereich ein Flüssigkeits-Luftgemisch ausbildet, das eine geringere Dichte besitzt als die Flüssigkeit selbst. Wenn nun, insbesondere bei einer kompakten Bauweise des Ventils, der Schwimmer in diesem Bereich herabgesetzter Dichte angeordnet ist, verringert sich je nach dem Luftgehalt der Flüssigkeit der Auftrieb des Schwimmers, und es besteht die Gefahr, dass das Ventil nicht rechtzeitig schließt und es dadurch zu Überflutungen kommt.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein schwimmergesteuertes Servoventil mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, dass auch bei einer Herabsetzung des Auftriebs des Schwimmers infolge eines Flüssigkeits-Luftgemisches im Auffangbehälter das rechtzeitige Schließen des Ventils sichergestellt ist.

[0004] Die Lösung dieser Aufgabe geschieht erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ventils sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

[0005] Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, am Ventil eine Einrichtung zur Unterstützung der das Verschlussorgan in die Schließstellung führenden Bewegung des Schwenkarms anzuordnen, wobei der Druck des aus dem Ventilauslass austretenden Flüssigkeitsstrahls ausgenutzt wird, um eine die Bewegung des Schwenkarms unterstützende Bewegung eines am Ventilgehäuse angelenkten Hebels zu erzeugen. Je kräftiger der austretende Flüssigkeitsstrahl ist, desto mehr Luft wird in die Flüssigkeit eingebracht, aber umso größer ist auch die am Schwenkarm erzeugte unterstützende Kraft in Richtung der Schließstellung des Verschlussorgans. Um ein sich aufschaukelndes intermittierendes Ein- und Ausschalten des Ventils zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn Mittel zur Begrenzung der Schwenkbewegung des unterstützenden Hebels vorgesehen sind, die derart ausgebildet sind, dass unmittelbar bevor der Schwenkarm die Schließstellung des Verschlussorgans erreicht die weitere Schwenkbewegung des unterstützenden Hebels und/oder die Übertragung der Schwenkbewegung des Hebels auf den Schwenkarm blockiert wird.

[0006] Im folgenden wird anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausfügungsbeispiel für das erfindungsgemäße schwimmergesteuerte Servoventil näher erläutert.

[0007] In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1

das Servoventil in einem Schnitt durch die Ventilachse mit in Seitenansicht dargestelltem Schwimmer in der geschlossenen Stellung;

Fig. 2

das Servoventil nach Fig. 1 in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 3

das Servoventil in einer Darstellung analog Fig. 1 in der geöffneten Stellung;

Fig. 4

in vergrößerter Darstellung den Bereich X aus Fig. 3.

[0008] Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte schwimmergesteuerte Servoventil besitzt ein Ventilgehäuse, das aus einem den mit einem Anschlüssgewinde 8 versehenen Ventileinlass VE, einen senkrecht zum Ventileinlass nach unten verlaufenden Ventilauslass VA sowie den Ventilsitz 3 enthaltenden Grundgehäuse 1 und einem mittels Schrauben 1.3 auf dem Grundgehäuse 1 befestigten Deckel 1.1 besteht. Im Ventileinlass VE ist ein Siebkörper 15 angeordnet, der das Ventil vor Verschmutzung schützt. An dieser Stelle kann auch ein Mengenregler angeordnet sein.

[0009] Im Innenraum des durch das Grundgehäuse 1 und den Deckel 1.1 gebildeten Ventilgehäuses befindet sich ein Differentialkolben 2, der an seiner dem Ventilsitz 3 zugewandten Seite den Ventilteller 2.1 trägt, der Teil einer Membran 2.2 ist, deren Außenrand zwischen dem Grundgehäuse 1 und dem Deckel 1.1 eingespannt ist. An der dem Ventilsitz 3 zugewandten Seite der Membran 2.2 befindet sich ein mit dem Ventileinlass VE verbundener Druckraum 4, der über den Ventilsitz 3 mit dem Ventilauslass VA verbunden ist. An der vom Ventilsitz 3 abgewandten Seite der Membran 2.2 ist ein Steuerraum 5 angeordnet, der einerseits über eine im Deckel 1.1 angeordnete Entlastungsbohrung 5.1 mit dem Außenraum und andererseits über einen außermittig im Differentialkolben 2 angeordneten Steuerkanal 5.2 mit dem Druckraum 4 verbunden ist. Die Entlastungsbohrung 5.1 ist mittels eines Verschlussorgans 6.2 von außen verschließbar. Das Verschlussorgan 6.2 ist über ein Aufsatzstück 6.1 mit der Oberseite eines Schwenkarms 6 verbunden, dessen Schwenkpunkt 6.3 am Grundgehäuse 1 des Ventils angelenkt ist und der an seinem freien Ende den Schwimmer 7 trägt.

[0010] Zum Schutz des Verschlussorgans 6.2 ist am Deckel 1.1 eine die äußere Öffnung der Entlastungsbohrung 5.2 umgebende, zum Schwenkarm 6 hin offene Glocke 1.2 angeordnet, in welcher das Verschlussorgan 6.2 angeordnet ist.

[0011] Die Funktionsweise des Ventils nach den Fig. 1 bis 4 entspricht der Funktionsweise eines üblichen schwimmergesteuerten Servoventils. Fig. 3 zeigt das Servoventil in einem Zustand, in welchem der Ventilteller 2.1 auf dem Ventilsitz 3 aufsitzt und das Servoventil somit geschlossen ist. Diese Schließstellung hält an, solange das Verschlussorgan 6.2 die Entlastungsbohrung 5.1 verschließt und somit ein Druckausgleich zwischen dem Steuerraum 5 und dem Druckraum 4 über den Steuerkanal 5.2 stattfindet. Es ergibt sich aufgrund unterschiedlicher Wirkflächen zu beiden Seiten der Membran 2.2 eine Kraft, die den Ventilteller 2.1 auf dem Ventilsitz 3 festhält. Fällt der Wasserspiegel im nicht dargestellten Aufnahmebehälter, so sinkt der Schwimmer 7 ab und der Schwenkarm 6 schwenkt derart, dass sich das Verschlussorgan 6.2 abwärts bewegt in die Stellung, die in Fig. 1 dargestellt ist, in welcher die Entlastungsbohrung 5.1 freigegeben ist. Dies führt zu einem Druckabfall im Steuerraum 5, und der auf die dem Ventilsitz 3 zugekehrte Seite der Membran 2.2 vom Ventileingang VE her wirkende Wasserdruck hebt den Ventilteller 2.1 vom Ventilsitz 3 ab, so dass die Flüssigkeit zum Ventilausgang VA strömt und der Flüssigkeitsstrahl in das Auffanggefäß einströmt. Der steigende Wasserspiegel im Auffanggefäß bewirkt, dass der Schwimmer 7 sich hebt, bis infolge der Mitbewegung des Schwenkarms 6 das Verschlussorgan 6.2 die Entlastungsbohrung 5.1 verschließt. Nunmehr schließt das Servoventil, wie in Fig. 3 dargestellt, und der Wasserfluss wird gestoppt. Wenn durch den in das Auffanggefäß einströmenden Flüssigkeitsstrahl Umgebungsluft mitgerissen wird und im Bereich der Auftreffstelle des Flüssigkeitsstrahls auf die Flüssigkeitsoberfläche unterhalb dieser Oberfläche ein Flüssigkeits-Luftgemisch gebildet wird, so sinkt an dieser Stelle die Dichte ab, und entsprechend verringert sich der Auftrieb am Schwimmer 7, wenn dieser in den Bereich dieses Flüssigkeits-Luftgemisches gerät. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das Ventil kompakt aufgebaut ist und somit einen relativ kurzen Schwenkarm 6 aufweist. Der verringerte Auftrieb des Schwimmers 7 kann dazu führen, dass das Servoventil nicht rechtzeitig schließt und es zu Überflutungen kommt.

[0012] Um dies zu verhindern, ist das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte schwimmer- gesteuerte Servoventil mit einer Einrichtung zur Unterstützung der Aufwärtsbewegung des Schwenkarms 6 in die Stellung versehen, in welcher das Verschlussorgan 6.2 die Entlastungsbohrung 5.1 verschließt.

[0013] Die Einrichtung besitzt einen zweiarmigen Hebel, der als in Längsrichtung gabelförmig gestaltetes Schwenkelement ausgebildet ist, mit einem Hauptarm 9.1, der am Ventilgehäuse 1 im Schwenkpunkt D angelenkt ist. Dieser Hauptarm 9.1 ist in aus den Zeichnungen nicht unmittelbar ersichtlicher Weise aus zwei parallel zueinander angeordneten Schwingen zusammengesetzt, die jeweils an einer der Seitenflächen des Grundgehäuses 1 angelenkt sind.

[0014] An den Hauptarm schließt sich ein erster Hebelarm 9.2 an, der sich an der Unterseite des Schwenkarms 6 über einen ersten Abstütznocken 9.31 abstützt. Der zweite Hebelarm 9.3, der mit dem ersten Hebelarm 9.2 einen vorgegebenen Winkel von im dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 90° einschließt, ist an seinem vom ersten Hebelarm 9.2 nach außen weggekrümmten freien Ende schaufelartig ausgebildet und ragt in den Austrittsbereich des Flüssigkeitsstrahls unterhalb des Ventilauslasses VA hinein.

[0015] Wie aus Fig. 1 und 3 abzulesen, ist die Anordnung so, dass der aus dem Ventilauslass VA austretende Flüssigkeitsstrahl im Bereich P auf das schaufelartige freie Ende des zweiten Hebelarms 9.3 auftrifft. Durch den entstehenden Druck auf den zweiten Hebelarm 9.3 wird eine Kraft erzeugt, die eine Zentralkomponente in Richtung zum Schwenkpunkt D und eine Tangentialkomponente besitzt.

[0016] Durch die Tangentialkomponente wird eine Schwenkbewegung des gesamten zweiarmigen Hebels 9.1-9.2-9.3 um den Schwenkpunkt D erzeugt. Die entsprechende Bewegung des ersten Hebelarms 9.2 wird auf den Schwenkarm 6 übertragen und unterstützt dessen Bewegung in Richtung auf die Schließstellung des Verschlussorgans 6.2.

[0017] Um besonders günstige Bedingungen für das Entstehen der Tangentialkraft zu schaffen, die zur Aufwärtsbewegung des ersten Hebelarms 9.2 führt, ist der Schwenkpunkt D des Hauptarms 9.1 des Hebels gegenüber dem Schwenkpunkt 6.3 des Schwenkarms 6 in Richtung auf den Ventilauslass VA versetzt angeordnet und zwar so weit, dass der Schwenkpunkt D des Hauptarms 9.1 im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa auf der Mittelachse des Ventilauslasses VA liegt.

[0018] Damit es gegen Ende des Füllvorgangs nicht zu einem aufschaukelnden, intermittierenden Ein- und Ausschalten des Servoventils kommt, ist eine Begrenzung der Schwenkbewegung des Hebels bzw. des ersten Hebelarms 9.2 vorgesehen. Hierzu ist an der dem Schwenkarm 6 zugekehrten Seite des ersten Hebelarms 9.2 in einem vorgegebenen Abstand vom ersten Abstütznocken 9.31 in Richtung auf den Schwenkpunkt D des Hebels ein zweiter Abstütznocken 9.32 angeordnet. Wenn sich der Schwenkarm 6 und der erste Hebelarm 9.2 soweit nach oben bewegt haben, dass beide Abstütznocken 9.31 und 9.32 an der Unterseite des Schwenkarms 6 anliegen, wird die Unterstützung des Schwenkarms 6 blockiert (siehe Fig. 3 und 4). Die Ausbildung der Abstütznocken und ihre Anordnung ist derart, dass diese Blockierung in einer Stellung des Schwenkarms 6 kurz vor Erreichen der Schließstellung des Verschlussorgans 6.2 stattfindet, so dass die Unterstützung des Schwenkarms 6 durch den ersten Hebelarm 9.2 nicht bis in die Schließstellung hinein wirkt sondern kurz davor endet. Die endgültige Schließstellung wird also nur durch das Anheben des Schwenkarms 6 vom Schwimmer 7 her erreicht.

[0019] Der erste Hebelarm 9.2 wird an seiner Unterseite von dem Schwimmer 7 untergriffen, so dass der Hebel 9.1-9.2-9.3 insgesamt auch bei geschlossenem Servoventil in einer stabilen, mit dem Schwimmer 7 gekoppelten Position verbleibt.

Ansprüche

1. Schwimmergesteuertes Servoventil mit einem in einem Ventilgehäuse bewegbar angeordneten, den Ventilteller tragenden Differentialkolben, an dessen einer Seite ein mit dem Ventileinlass verbundener Druckraum angeordnet ist, der über einen dem Ventilteller gegenüberliegenden Ventilsitz mit dem Ventilauslass verbunden ist und an dessen anderer Seite ein Steuerraum angeordnet ist, der über eine mittels eines Verschlussorgans verschließbare Entlastungsbohrung mit dem Ventilauslass oder dem Außenraum und über einen Steuerkanal mit dem Druckraum verbunden ist, wobei das Verschlussorgan mit einem den Schwimmer tragenden Schwenkarm derart verbunden ist, dass beim Anheben des Schwenkarms in eine vorgegebene Endstellung das Verschlussorgan die Entlastungsbohrung verschließt, wodurch im Steuerraum ein den Ventilteller auf den Ventilsitz aufsetzender Gegendruck aufgebaut wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Unterstützung der das Verschlussorgan (6.2) in die Schließstellung führenden Bewegung des Schwenkarms (6) mit einem am Ventilgehäuse (1) angelenkten zweiarmigen Hebel (9.1-9.2-9.3), dessen erster Hebelarm (9.2) sich am Schwenkarm (6) in Richtung der in die Schließstellung führenden Bewegung abstützt, während der zweite Hebelarm (9.3) mit seinem schaufelartig ausgebildeten freien Ende in den Austrittsbereich des Flüssigkeitsstrahls vor dem Ventilauslass (VA) ragt, wobei die Anordnung derart ist, dass durch den Druck des Flüssigkeitsstrahls auf den zweiten Hebelarm (9.3) am Hebel eine Schwenkbewegung erzeugt wird, die über den ersten Hebelarm (9.2) auf den Schwenkarm (6) in Richtung auf die Schließstellung des Verschlussorgans (6.2) übertragen wird.

2. Servoventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel zur Begrenzung der Schwenkbewegung des Hebels (9.1-9.2-9.3) derart, dass an einem vorgegebenen Punkt der Bewegungsbahn unmittelbar bevor der Schwenkarm (6) die Schließstellung des Verschlussorgans (6.2) erreicht, die Schwenkbewegung des Hebels und/oder die Übertragung der Schwenkbewegung des Hebels auf den Schwenkarm (6) blockiert wird.

3. Servoventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Schwenkarm (6) zugekehrten Seite des ersten Hebelarms (9.2) im Bereich seines freien Endes ein erster Abstütznocken (9.31) angeordnet ist.

4. Servoventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Schwenkarm (6) zugekehrten Seite des ersten Hebelarms (9.2) in einem vorgegebenen Abstand vom ersten Abstütznocken (9.31) in Richtung auf den Schwenkpunkt (D) des Hebels ein zweiter Abstütznocken (9.32) angeordnet ist.

5. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkpunkt (D) des Hebels (9.1-9.2-9.3) gegenüber dem Schwenkpunkt (6.3) des Schwenkarms (6) in Richtung auf den Austrittsbereich des Flüssigkeitsstrahls versetzt angeordnet ist.

6. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel als im Längsschnitt gabelförmig gestaltetes Schwenkelement ausgebildet ist, mit einem Hauptarm, (9.1), der am Ventilgehäuse (1) angelenkt ist und an den sich der erste und der zweite Hebelarm (9.2, 9.3) anschließen, die einen vorgegebenen Winkel einschließen.

7. Servoventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptarm (9.1) aus zwei parallel zueinander angeordneten Schwingen besteht, die jeweils an einer Seitenfläche des Ventilgehäuses (1) angelenkt sind.

8. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hebelarm (9.2) im Bereich eines äußeren Teilabschnitts seiner Länge vom Schwimmer (7) untergriffen wird.

9. Servoventil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse aus einem den Ventileinlass (VE), den Ventilauslass (VA), den Ventilsitz (3) und den Druckraum (4) umfassendes Grundgehäuse (1) und einem auf dem Grundgehäuse ( 1 ) befestigten, den Steuerraum (5) abdeckenden Deckel (1.1) aufgebaut ist, wobei im Deckel (1.1) die Entlastungsbohrung (5.1) angeordnet ist, die durch das außerhalb des Deckels auf dem Schwenkarm (6) angeordnete Verschlussorgan (6.2) von außen verschließbar ist.

10. Servoventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Deckel (1.1) eine die äußere Öffnung der Entlastungsbohrung (5.1) umgebende, zum Schwenkarm (6) hin offene Glocke (1.2) angeordnet ist, in welcher das Verschlussorgan (6.2) angeordnet ist.

Zeichnung